醫(yī)科達(dá)加速器多葉光欄Agility 與MLCi2 在調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃中的劑量學(xué)比較

葛佳林，何瑞龍，許士奇

放射治療（簡(jiǎn)稱“放療”）是惡性腫瘤的主要治療手段[1]。 放療的最終目的是腫瘤靶區(qū)接受到足夠的處方劑量，同時(shí)使腫瘤周圍的危及器官接受盡可能小的劑量，保護(hù)周圍正常組織[2]。 在現(xiàn)代放療中，治療計(jì)劃系統(tǒng)被用于生成劑量分布，目的是最大限度地控制腫瘤和最大限度地減小正常組織并發(fā)癥。其中多葉準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC）是用來規(guī)劃不同規(guī)則的場(chǎng)， 它的設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括葉內(nèi)和葉間劑量傳遞小，舌槽效應(yīng)小，葉片定位準(zhǔn)確和快速，最重要的是再現(xiàn)性，在MLC 系統(tǒng)中再現(xiàn)性是至關(guān)重要的。 臨床上不同的MLC 的葉片寬度對(duì)于不同癌癥調(diào)強(qiáng)放療的靶區(qū)均勻性指數(shù)（heterogeneity index，HI）和危及器官的劑量有不同的影響。 筆者研究Agility MLC 直線加速器在不同腫瘤的調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2022年1月至6月在承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院采用Monaco 系統(tǒng)的30 例腫瘤患者， 其中男性14例，女性16 例；年齡44 ～69 歲，平均年齡57.83 歲（標(biāo)準(zhǔn)差6.56 歲）；腫瘤類型，頭部腫瘤5 例，頸部腫瘤5 例，胸部腫瘤5 例，乳腺癌5 例，腹部腫瘤5 例，盆腔腫瘤5 例。 30 例中包含1 例頸部雙靶區(qū)患者、1例胸部雙靶區(qū)患者和1 例盆腔雙靶區(qū)患者。

1.2 方法

1.2.1 CT 掃描及定位

采用美國(guó)GE 公司Optima 520 型CT 進(jìn)行掃描定位。對(duì)患者采用記憶體膜固定，掃描后傳送到連心醫(yī)療系統(tǒng)（AiContour,Version 3.1.8.0）進(jìn)行危及器官的自動(dòng)勾畫，再由連心醫(yī)療系統(tǒng)傳至Monaco 5.11 放療計(jì)劃系統(tǒng)。

Monaco 5.11 放療計(jì)劃系統(tǒng)上導(dǎo)入連心醫(yī)療系統(tǒng)傳入的圖像，由放療醫(yī)生勾畫出患者的靶區(qū)，檢查修改自動(dòng)勾畫的危及器官后確認(rèn)，并提出靶區(qū)目標(biāo)劑量和危及器官的限量條件。

1.2.3 計(jì)劃條件的設(shè)定

MLCi2 MLC 計(jì)劃：選擇醫(yī)科達(dá)公司的Synergy 加速器，利用Monaco 計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，建立不同的MLC 葉片的機(jī)器模型進(jìn)行研究， 以往病例使用葉片寬度10 mm 的MLCi2 MLC 進(jìn)行放療設(shè)計(jì)。

Agility MLC 計(jì)劃：在不改變腫瘤條件限定、危及器官條件限定、射野數(shù)量、射野角度，以及計(jì)算權(quán)重的情況下，其中優(yōu)化條件一致，僅改變選擇的治療機(jī)數(shù)據(jù)， 將升級(jí)前的MLCi2 的機(jī)器數(shù)據(jù)換為Agility 的治療機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化， 再用葉片寬度5 mm 的Agility MLC 進(jìn)行放療設(shè)計(jì)。

每例患者均設(shè)計(jì)醫(yī)科達(dá)Agility MLC 計(jì)劃和MLCi2 MLC 計(jì)劃，對(duì)計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

1.2.4 計(jì)劃評(píng)估

對(duì)雙靶區(qū)（頸部、胸部、腹部）腫瘤患者的靶體積均勻性及孤島野數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析；對(duì)不同腫瘤患者的靶體積均勻性和適形度做區(qū)分和綜合對(duì)比；針對(duì)重要危及器官肺（V20、V30）、小腸（Dmax）和腮腺（V30、V50）的劑量進(jìn)行對(duì)比分析。其中靶體積均勻性由計(jì)劃靶體積HI和適形度指數(shù)（conformity index，CI）表示。HI=（D2%-D98%）/D50%；HI 越小，越接近0，表示劑量越均勻（Dx%為x%靶體積范圍內(nèi)接收到的絕對(duì)劑量）。CI=（計(jì)劃靶體積接受處方劑量體積/計(jì)劃靶體積）× （接受處方劑量的計(jì)劃靶體積/接受處方劑量的整個(gè)體積），CI 越大，越接近1，表示劑量分布的適形度越好[3]。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 26（Statistical Program Social Sciences）[4]分析數(shù)據(jù)。 計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用配對(duì)t 檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2）灌水。①萌芽前。葡萄春季根系生長(zhǎng)、萌芽、抽梢、芽外分化及開花需要大量水分，是重要的需水臨界期。應(yīng)在萌芽前結(jié)合施肥灌1次水。②幼果膨大期。幼果黃豆大時(shí)，處于細(xì)胞分裂盛期，再加上新梢迅速生長(zhǎng)和大量發(fā)新根，是需肥需水關(guān)鍵期，應(yīng)結(jié)合施肥灌1次水。③轉(zhuǎn)色至成熟期。根據(jù)土壤墑情適量膜下補(bǔ)水。④秋施肥后。秋施肥后灌水有利于肥料吸收、新根生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)積累。

2 結(jié)果

2.1 多葉準(zhǔn)直器升級(jí)前后的參數(shù)比較

從MLCi2 MLC 升級(jí)到Agility MLC，葉片組數(shù)80對(duì)變?yōu)樵瓉恚?0 對(duì)）的2 倍，葉片厚度（5 mm）變?yōu)樵瓉恚?0 mm）的一半，原來的MLCi2 MLC 也能生成孤島野，一般需要付費(fèi)單獨(dú)開通此功能，而升級(jí)之后的Agility MLC 生成大量的孤島野。 這樣會(huì)大大提高M(jìn)LC 的雕刻能力， 可以使放療計(jì)劃更容易地達(dá)到要求，會(huì)更好地保護(hù)危及器官?gòu)亩龃蠡颊叩闹斡省?/p>

2.2 孤島野比較

由表1 可知，升級(jí)之后的Agility MLC 生成大量的孤島野 （圖1A）， 孤島野達(dá)到總射野數(shù)的50.0 %、52.3%、55.6%。 原來的MLCi2 MLC 沒有生成孤島野（圖1B）。 雙靶區(qū)的劑量設(shè)計(jì)最難的地方是腫瘤之間的區(qū)域，可以形成孤島野中間的部位會(huì)直接被葉片擋住，但是形成不了孤島野中間總是有劑量漏出，所以孤島野的形成會(huì)大幅度地提高雙靶區(qū)的HI 和CI（表2），解決雙腫瘤之間的放射劑量。

表1 雙靶區(qū)患者兩種治療計(jì)劃的孤島野個(gè)數(shù)Tab. 1 Comparison of isolated fields with dual-target between 2 treatment plans

表2 兩種治療計(jì)劃的雙靶區(qū)患者的靶體積HI 和CI 比較Tab.2 Comparison of target HI and CI in dual-target between 2 treatment plans

圖1 兩種MLC 孤島野圖Fig.1 Images of isolated fields by 2 MLC

2.3 兩種治療計(jì)劃劑量學(xué)比較

2.3.1 靶體積均勻性

不同腫瘤的HI 和CI，其中可以得知Agility MLC計(jì)劃所有部位的腫瘤的CI 的均數(shù)和偏差均大于MLCi2 MLC 計(jì)劃，Agility MLC 計(jì)劃所有部位腫瘤的HI的均數(shù)均小于MLCi2 MLC 計(jì)劃。 其中腹部腫瘤的HI、CI 和乳腺腫瘤的CI 的兩種治療計(jì)劃差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。 對(duì)30 例患者進(jìn)行總體評(píng)估發(fā)現(xiàn)，兩組HI、CI 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。 見表3。

表3 不同腫瘤的靶體積HI 和CI 比較Tab.3 Comparison of target HI and CI in different tumors

腹部腫瘤（藍(lán)色線）與危及器官（粉色線）會(huì)有相鄰或者微小的重疊，所以對(duì)于腹部腫瘤與危及器官的相鄰區(qū)域內(nèi)既要保證腫瘤的劑量也要保護(hù)危及器官。 由圖2分別顯示了兩種治療計(jì)劃下小腸與腫瘤重疊區(qū)域?qū)τ谔幏絼┝壳€的影響[（紅色線為處方劑量曲線，藍(lán)色為計(jì)劃靶體積，邊緣粉色為危及器官小腸]，可知Agility MLC在腫瘤與危及器官的相鄰區(qū)域有更好的劑量曲線。

圖2 1 例腹部腫瘤患者兩種治療計(jì)劃下小腸與腹部腫瘤重疊區(qū)域處方劑量線Fig.2 Images of prescription dose line of small intestine and abdominal tumor by 2 treatment plans in 1 patient with abdominal tumor

2.3.2 危及器官劑量

對(duì)于胸部腫瘤重要的危及器官是肺，對(duì)于腹部腫瘤重要的危及器官是小腸，對(duì)于頸部腫瘤要保護(hù)好腮腺。 分別對(duì)兩種治療計(jì)劃肺的V20、V30，小腸的最大劑量（Dmax）及腮腺的V30、V50進(jìn)行劑量學(xué)比較。其中兩種治療計(jì)劃的肺V20、小腸Dmax、腮腺V50差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。 見表4。

表4 兩種治療計(jì)劃的重要危及器官的劑量學(xué)比較Tab.4 Dosimetric comparison of important organs at risk between 2 treatment plans

3 討論

現(xiàn)階段，Agility MLC 廣泛應(yīng)用在放療領(lǐng)域之中，它的機(jī)動(dòng)性、精確度和雕刻能力均要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MLCi2 MLC，不僅可以給予靶區(qū)更好的劑量，還可以更好地保護(hù)危及器官，可以降低治療計(jì)劃的優(yōu)化難度，患者可以得到更精準(zhǔn)的治療。

2022年李喜紅[3]研究了MLC 葉片寬度對(duì)肺癌調(diào)強(qiáng)放療劑量學(xué)的影響，得出針對(duì)開展調(diào)強(qiáng)放療的肺癌患者給予5 mm 葉片寬度的加速器能提高靶體積適形度，促進(jìn)預(yù)后。 2016年張國(guó)峰等[5]探究了MLC 葉片寬度對(duì)容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療 （volumetric modulated arc therapy，VMAT）劑量分布的影響，得出VMAT 臨床應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)腫瘤靶體積大小及其與危及器官的位置關(guān)系，合理選擇MLC 葉片厚度以達(dá)到最佳療效。張富利等[6]研究了不同類型MLC 對(duì)左側(cè)乳腺癌保乳術(shù)后VMAT 技術(shù)劑量分布的影響， 得出Agility MLC 的VMAT 計(jì)劃靶體積劑量分布最佳，危及器官的受照體積也最低，而且實(shí)施效率最高。馬天斌等[7]研究?jī)煞N規(guī)格（等中心處投影0.5 cm 和1.0 cm）MLC 在鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中的區(qū)別， 從劑量學(xué)方面探究MLC 的寬度對(duì)患者靶區(qū)和危及器官的影響， 得出0.5 cm MLC在鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中能有效提高靶體積適形度和均勻性， 也能有效降低部分危及器官受照劑量，可以更好地保護(hù)與靶體積鄰近或有重疊的一些危及器官。 2016年黃娜等[8]研究了應(yīng)用美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)（American Association of Physicists in Medicine，AAPM） 標(biāo)準(zhǔn)模體評(píng)估MLC 寬度對(duì)VMAT 計(jì)劃的影響， 得出對(duì)嚴(yán)苛限值目標(biāo)來說Agility MLC 更容易達(dá)到目標(biāo)。朱鳳盈等[9]研究了最小子野面積與MCL 葉片到位對(duì)劑量分布影響。 在以上研究的基礎(chǔ)上，筆者試驗(yàn)進(jìn)一步表明Agility MLC 不僅對(duì)頭、胸、腹等各個(gè)部位的腫瘤放療有明顯的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)雙靶區(qū)的治療計(jì)劃設(shè)計(jì)也有明顯的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)。

腫瘤及周邊組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且腫瘤多為不規(guī)則形狀， 這樣就會(huì)造成對(duì)于劑量應(yīng)有準(zhǔn)確的數(shù)值進(jìn)行限定，MLC 就是為了精確劑量的限定。 筆者研究在兩種治療計(jì)劃模式下，射線參數(shù)、計(jì)劃目標(biāo)及優(yōu)化條件均相同。由于MLC 葉片寬度及性能的不同，兩種治療計(jì)劃的腫瘤區(qū)域的HI 和CI 數(shù)值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。試驗(yàn)選取了人體中不同部位的腫瘤進(jìn)行研究，結(jié)果顯示Agility MLC 在頭部、胸部、腹部、頸部、盆腔及乳腺部位腫瘤的均勻性和適形度優(yōu)于MLCi2 MLC。 尤其是腹部腫瘤的優(yōu)勢(shì)更加明顯，原因是由于腫瘤與危及器官有重疊區(qū)域，Agility MLC 會(huì)更好地處理這樣的問題， 在保證腫瘤區(qū)域的劑量且保護(hù)了危及器官，圖像對(duì)比得知在相鄰和重疊區(qū)域處方劑量曲線更加貼合腫瘤的形狀，有更好的劑量梯度，這是腹部?jī)?yōu)勢(shì)更明顯的原因。在30 例病例之中有3 例雙靶區(qū)患者，對(duì)于此類患者， 腫瘤之間的區(qū)域是設(shè)計(jì)最難的地方，如可以形成孤島野中間的部位會(huì)直接被葉片擋住，如不能形成孤島野中間總是有劑量漏出，所以孤島野的形成會(huì)大幅度地提高雙靶區(qū)的均勻性和適形度，Agility MLC 可生成大量的孤島野， 據(jù)統(tǒng)計(jì)孤島野的數(shù)量平均達(dá)到了一半以上，孤島野可以大幅度地提高腫瘤區(qū)域的雕刻能力， 不僅對(duì)雙靶區(qū)的劑量雕刻有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)復(fù)雜形狀靶體積的劑量雕刻也有明顯提高，達(dá)到了提高腫瘤的適形度、 降低危及器官受照劑量的效果。 筆者試驗(yàn)通過對(duì)胸部腫瘤、頸部腫瘤的危及器官研究表明，危及器官肺V20、小腸的Dmax及腮腺的V50均有更低的劑量， 可見Agility MLC 不僅可以使腫瘤區(qū)域有更好的均勻性和適形度，而且也可使危及器官的劑量數(shù)值降低。

綜上所述，Agility MLC 相對(duì)于MLCi2 MLC，對(duì)于不同的腫瘤在放療計(jì)劃設(shè)計(jì)上具有較大優(yōu)勢(shì)，可更好地保護(hù)危及器官，保證腫瘤的適形度與均勻性。